石墨烯电吸收型调制器的理论与技术研究

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电光调制器是光纤通信网络中的关键器件,其性能的好坏将直接决定网络传输的性能。在未来的应用中,电光调制器将向高速、体积小、易集成的方向发展。因为石墨烯独特的电子、光学特性,包括超高的载流子迁移率、零带隙、线性吸收等特点,引起了人们的重视,许多基于石墨烯的集成光学器件已经被制造出来。而利用了石墨烯独特的光吸收特性,并且可通过电压控制吸收的特点,基于石墨烯的电吸收性调制器开始被人们发现。本文中主要分析的是一种采用双层石墨烯放置于脊型波导下方,并在石墨烯层下增加了一层高折射率的覆盖层,将石墨烯类似“三文治”结构地夹在波导与高折射率覆盖层之间的波导结构,并对多种结构与参数下电吸收型调制器进行了理论研究与仿真计算,本文的主要工作内容有:(1)简单介绍了光纤通信系统以及介绍了电光调制器的分类,其中重点介绍了石墨烯电光调制器。针对本论文的研究背景介绍了石墨烯电光调制器的研究意义以及发展现状。(2)介绍了石墨烯材料的电子、光学特性,包括能级结构,电子、能带特性,光学吸收等特性,并简单介绍了石墨烯的制作方法以及对石墨烯电吸收型调制器的基本工作原理进行了介绍与基本推导。(3)针对石墨烯电压可控的光吸收特性,推导分析了石墨烯电压与费米能级,费米能级与材料复折射率、介电常数之间的关系。并针对不同的调制器结构、波导结构,通过COMSOL软件进行了仿真模拟,得到器件复折射率随结构、参数变化的情况并加以分析。(4)针对电光调制器的几个主要性能参数,分别对石墨烯电吸收型调制器的这几项参数进行了详细的推导与计算。结合了COMSOL软件仿真得出的各参数下的波导折射率,通过MATLAB计算得到了在不同波导参数下调制器的性能情况。并对各波导结构、参数下的调制器性能进行了比较与分析。目前国内对基于石墨烯的电吸收型调制器的研究并不多,本文的工作将为今后基于石墨烯的电吸收型调制器的实验研究及进一步的理论研究给予了一定帮助,并起到一个理论参考的作用。
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